随着综合机械化开采技术的完善和推广,一次性采全高成为目前厚煤层开采的主要方式。大采高液压支架在厚煤层采全高技术中尤为关键,其稳定性决定了煤炭开采的安全性与效率。实际生产中证明,大采高工作面极易产生端面冒顶,煤壁片帮,液压支架失稳等安全问题。大采高液压支架的重量、重心、受力状态的变化,使大采高液压支架对底板倾角的敏感度增加,其移架方式、支架零部件的加工和装配精度也必须满足更高的要求。此外,大采高液压支架的液压系统输出压力、流量、功率等关键性能参数及控制方式必须与厚煤层工况相匹配,否则,整机将处于失稳工作状态,严重制约煤矿安全高效生产。本文针对大采高工作面煤岩结构与液压支架结构特点,提出了提高大采高液压支架稳定性的围岩-机械结构-液压控制系统的整套方案。采用关键层理论,研究大采高工作面的覆岩结构与关键层断裂位态的变化特征、煤壁片帮、底板倾角对大采高支架的要求,提出了大采高液压支架工作阻力、煤壁片帮位置及所需支护强度的计算方法,分析底板倾角与支架稳定性间的关系并总结出防控方法。本文以提高大采高液压支架整机结构稳定性为目标,设计并分析支架在承载状态时的受力模型,推导出了大采高两柱支撑掩护式液压支架力平衡区的计算方法。分析了决定支架姿态稳定的关键因素,提出通过改善四连杆机构与顶底座孔轴配合精度、加装结构限位块以保护平衡千斤顶;基于遗传算法,优化了液压支架的顶梁前端面的运动轨迹,缩小了端面距变化区间,提升了大采高液压支架自身结构的稳定性。基于液压系统理论,对ZY15000/29/63大采高液压支架展开分析研究,根据推导的公式建立出支架液压系统的重要元件和主要回路的数学模型。针对平衡回路及结构在大采高工作面来压频繁、剧烈的环境下受到的冲击大且频繁,容易失效的问题,设计了新的平衡回路,实现平衡回路与立柱回路联动,使平衡机构更加稳定并提高支架适应能力。针对大采高液压支架在升架过程中由于立柱缸径大、流量大、动力大等特点以及对顶板的冲击性较大的问题,设计了立柱位置伺服控制回路,实现顶梁接近顶板时立柱的速度控制,使顶梁与顶板接触平稳,避免大采高液压支架对顶板冲击破坏。总结出计算立柱带压移架所需残余支撑力的方法,设计带压移架控制回路,该回路结构组成及操作都独立于立柱液压系统,对正常升架、降架没有不利影响,有助于液压支架在工作面推进时自身和顶板稳定性维护。对ZY15000/29/63大采高液压支架进行实验分析,在红阳三矿大采高工作面对本文提出的大采高支架的稳定理论进行了实地检验;采用AMESim软件对改进后的平衡回路、立柱位置伺服控制系统和带压移架控制系统进行仿真验证;基于经典控制理论,采用Matlab绘制出了立柱在降-移-升工作循环中回路系统的Bode图,对大采高液压支架电控系统稳定性进行了分析。实验(仿真)结果表明:本文所提出的大采高液压支架稳定性方案可行,有助于改善大采高工作面支架与围岩关系,为厚煤层煤矿的安全高效开采提供理论指导,具有广泛的适用性。